Industrie 4.0
30.03.2015

Funk als „Baustein“ für Industrie-4.0-Netzwerke

Bei Funkschaltgeräten entwickelt sich der Trend weg von der reinen Punkt-zu-Punkt-Kommunikation und hin zu vernetzten Topologien, die sich an übergeordnete Systeme anbinden lassen. Dieser Trend ist ein Schwerpunkt für die Steute-Ingenieure – sowohl in der Produktent­wick­lung als auch in einem Transferprojekt des Maschinenbau-Clusters „Intelligente Technische Systeme – it's OWL“.

Funkschaltgeräte erschließen stetig neue Anwendungen in der industriellen Automation

Wie sieht die industrielle Fertigung der Zukunft aus? Diese Frage wird zurzeit intensiv diskutiert, und es gibt mehr als nur eine Antwort. Allein für den zentralen Begriff „Industrie 4.0“ sind mehr als 130 Definitionen im Umlauf.

Und trotz aller unterschiedlicher Sichtweisen, Vorstellungen und Zielsetzungen lassen sich doch einige Gemeinsamkeiten feststellen. Dazu gehört die zentrale Erkenntnis, dass die Produktion flexibler organisiert und besser in der Lage sein wird, kleine Losgrößen effizient zu produzieren. Eine zentrale Voraussetzung dafür ist ein besserer, das heißt intensiverer Informationsfluss. Dazu ist die Vernetzung zwischen Maschinen, Werkzeugen und Produkten notwendig.

Funk macht flexibel – und wird selbst flexibler

Es ist unwahrscheinlich bzw. in vielen Fällen gar nicht möglich, diese intensivierte Kommunikation mit leitungsgebundenen Systemen sicherzustellen. Deshalb werden Funksysteme zukünftig eine noch größere Bedeutung in der industriellen Produktion erlangen.

Der Trend zu größerer Flexibilität, der ein wichtiger „Treiber“ für Industrie 4.0 ist, gilt dabei auch für die Funktechnologien selbst. Der Steute-Geschäftsbereich „Wireless“, der seit mehr als zehn Jahren Funkschalt­geräte für industrielle Anwendungen entwickelt und fertigt, befasst sich daher intensiv mit neuen Topologien für Funknetzwerke.

In seinem Geschäftsbereich Wireless stellt Steute eine Reihe Funk-Schaltgeräte, -Sender, -Empfänger und -Repeater bereit. Dabei werden von Kundenseite zunehmend Systemlösungen nachgefragt

 

Bei der Mehrzahl der bis heute realisierten Lösungen handelt es sich genau genommen nicht um Netzwerke, sondern um Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, bei denen ein oder mehrere Funkschaltgeräte mit einer Auswerteinheit kommunizieren und diese wiederum per LAN mit übergeordneten Systemen. Für diese Art der Wire­less-Kommunikation stehen verschiedene Standards und Protokolle zur Verfügung. Diese unterscheiden sich unter anderem durch die Art der Energieversorgung (batteriegestützt oder energieautark), das Frequenzband (868 MHz/915 MHz; 2,4 GHz) und die Art der Kommunikation (uni- und bidirektional; mit und ohne Empfangsbestätigung; mit und ohne Statussignal; …). Auch für besondere Aufgabenfelder (Maschinensicherheit, Explosionsschutz) stehen dezidierte Funkprotokolle zur Verfügung.

In Hannover: Plattform für die Einbindung in kundenseitige Netzwerke

Aus Sicht von Steute wird sich das Spektrum der Kommunikationsmöglichkeiten in naher Zukunft noch deutlich erweitern. Denn kommende Generationen von Funkschaltgeräten werden nicht mehr nur nach dem Punkt-zu-Punkt-Prinzip, sondern netzwerkartig nach dem „Multihop“-Prinzip kommunizieren. Sie werden in den unternehmensweiten Datenaustausch eingebunden und damit zur Flexibilität der „Industrie 4.0“-Produktion beitragen.

Die Plattform dafür gibt es bereits, sie wird auf der Hannover Messe vorgestellt: Schaltgeräte und Funk-Empfangseinheiten können um die Funktionalität „Netz­werkbetrieb“ erweitert werden, und ein intelligenter Router bildet die Hard- und Softwareschnittstelle zu kundenspezifischen IT-Systemen, zum Beispiel für das Enterprise Resource Planning (ERP) oder die Lagerverwaltung (LVS). Das schafft die Voraussetzung für größtmögliche Freiheiten bei der Zuweisung von Funktionalitäten und der Bereitstellung von Informationen.

Die Schnittstelle zwischen Funkschaltgerät und kundenseitiger IT kann unterschiedlich ausgestaltet werden. Das gilt sowohl für die Netzwerktopologie als auch für das Kommunikationsprotokoll (TCP/IP, WLAN usw.). Die Softwareplattform ist hier grundsätzlich offen und welche Variante sich anfangs durchsetzt, wird von den Wünschen und Anforderungen der Anwender abhängen, mit denen Steute die ersten Projekte realisiert. Bei einem Pilotprojekt wurde ein „Wireless Kanaban“-System für Montage-Arbeitsplätze realisiert.

Aktuell: „Listen before talk“ auch in energieautarken Netzen

Eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz von Funkschaltgeräten in der Produktion ist die Gewährleistung einer hohen Übertragungssicherheit auch unter widrigen Bedingungen, wie Abstrahlungen, diversen Funknetzen und einer hohen Anzahl von Geräten, die im selben Netz funken. Nach der Steute-Erfahrung wird diese Voraussetzung schon jetzt erfüllt. Dennoch gibt immer wieder Weiterentwicklungen mit dem Ziel, die Übertragungssicherheit nochmals zu erhöhen.

Aktuell ist hier die Funktion „Listen before Talk“ (LBT) zu nennen. Sie wurde nun in das bidirektionale „Low Energy“-Funkprotokoll „sWave 868/915“ integriert und ermöglicht es dem Schaltgerät, zunächst die Belegung der ausgewählten Frequenz zu prüfen, bevor das Signal abgesetzt wird. Damit wird ausgeschlossen, dass aufgrund einer nahezu zeitgleichen Betätigung mehrerer Funkschalter bzw. -sensoren der Kanal belegt ist, wenn der zweite Schalter sein Signal absetzen will. Dies ist eher eine theoretische Fehlerquelle als ein in der Praxis auftretendes Problem. Dieses wurde nun aber dennoch gelöst, um ein Höchstmaß an Übertragungssicherheit zu erreichen. Die Herausforderung aus Entwicklungssicht bestand dabei darin, diese bekannte Technologie in energieautarke „Low Energy“-Systeme zu integrieren und die Energie bereitzustellen, die zum „Hineinhören“ ins Funknetz benötigt wird.

„it's-OWL“-Transferprojekt „Intelligente Vernetzung“

Abgesehen von der eigenen Entwicklungsarbeit im neuen F&E-Zentrum beteiligt sich Steute an einem Transferprojekt des Maschinenbau-Clusters „Intelligente Technische Systeme – it's OWL“. 170 Unternehmen und Forschungseinrichtungen arbeiten hier an insgesamt 45 Projekten, die als übergreifendes Thema die Weiterentwicklung der industriellen Produktion im Sinn von Industrie 4.0 haben. Den übergreifenden Querschnittsprojekten sind jeweils Transferprojekte zugeordnet, die eine Übertragung der Erkenntnisse auf die praktische Ebene der industriellen Produktion beschleunigen sollen.

Das Transferprojekt, an dem sich Steute beteiligt, ist dem Querschnittprojekt „Intelligente Vernetzung“ zugeordnet. Hier geht es im Wesentlichen darum, Plug-and-play-Funktionalitäten für intelligente Geräte, Maschinen und Produktionsanlagen zu entwickeln und auf einer modularen Plattform bereitzustellen. Dabei sollen vor allem die Anfor­derungen des Zusammenwirkens unterschiedlicher Komponenten sowie die Verlässlichkeit und Integrationsfähigkeit in ressourceneffi­ziente Geräte berücksichtigt werden.

Das Transferprojekt, in welchem Steute mitarbeitet, trägt den Titel „Intelligente drahtlose Vernetzung von Schaltgeräten“. Ziel ist es, die Ergebnisse aus dem Quer-schnittprojekt „Intelligente Vernetzung“ mit den aktuellen Entwicklungen neuer Hardwarelösungen und Netzwerkarchitekturen – wie zuvor beschrieben – zu kombinieren. Dabei soll am Beispiel verteilter Schaltgeräte das qualitative und quantitative Optimierungspotenzial in verschiedenen Anwendungen aufgezeigt werden.

Die Funknetzwerke von morgen

Aus Sicht von Steute wird sich in der „Industrie 4.0“ nicht nur eine der oben dargestellten Netzwerkarchitekturen durchgesetzt haben. Je nach Anwendung und Anforderungen wird es unterschiedliche Lösungen geben. Ob dann in der industriellen Praxis der Begriff „Internet der Dinge“ zutreffend ist, wird sich zeigen. Die bisherigen Gespräche und Pilotprojekte deuten darauf hin, dass es völlig ausreichen wird, wenn ortsgebundene Einheiten über lokale Funknetzwerke wie WLAN in den Signal- und Datenaustausch eingebunden sind. Es muss also nicht unbedingt jedes Werkzeug, jeder Behälter und jedes Produkt eine eigene IP-Adresse erhalten.

Autor: Andreas Schenk ist Produktmanager Wireless bei der Steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG in Löhne.

www.steute.de

 

 

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Mann beim Bäcker: „Ich hätte gerne vier Brötchen.“
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(Mann überlegt, wer hier nun der Vollidiot ist.)
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